WO2024053360A1 - 還元剤供給装置、還元剤供給装置の制御方法および制御装置 - Google Patents

還元剤供給装置、還元剤供給装置の制御方法および制御装置 Download PDF

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WO2024053360A1
WO2024053360A1 PCT/JP2023/029807 JP2023029807W WO2024053360A1 WO 2024053360 A1 WO2024053360 A1 WO 2024053360A1 JP 2023029807 W JP2023029807 W JP 2023029807W WO 2024053360 A1 WO2024053360 A1 WO 2024053360A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reducing agent
agent supply
injection nozzle
supply device
pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/029807
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
光良 木村
達矢 吉田
Original Assignee
株式会社小松製作所
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Publication date
Application filed by 株式会社小松製作所 filed Critical 株式会社小松製作所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous

Definitions

  • the present disclosure relates to a reducing agent supply device, a method for controlling the reducing agent supply device, and a control device.
  • Patent Document 1 discloses that in order to prevent urea water from sticking inside the urea water injection device, a high pressure gas is filled in the path between the urea water injection device and the pump, and the inside of the urea water injection device is filled by releasing compressed gas.
  • a reducing agent supply device is disclosed that blows off and removes the urea water remaining in the urea solution.
  • it is necessary to close the valve of the urea water injection device before compressed gas is released and urea water is supplied to the urea water injection device.
  • control is performed to open and close the valve at preset timing, and to open and close the valve when the pressure in the path reaches a preset value. .
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides a reducing agent supply device, a method for controlling the reducing agent supply device, and a control device that can prevent urea water from sticking in a urea injection device with simple control.
  • the purpose is to provide.
  • One aspect of the present disclosure provides a tank for storing a reducing agent to be supplied into an exhaust pipe of an engine, a pressure-feeding means for pumping the reducing agent in the tank, and a reducing agent supply passage for supplying the reducing agent to be pumped.
  • an injection nozzle for injecting the reducing agent supplied from the reducing agent supply passage into the exhaust pipe; a sucking back means for sucking back the reducing agent in the reducing agent supply passage to the tank side; and the pressure feeding means.
  • a control device for controlling operations of the injection nozzle and the suction-back means the control device repeatedly opening and closing the injection nozzle at a predetermined period while operating the suction-back means. This is a reducing agent supply device that performs this process.
  • One aspect of the present disclosure provides a tank for storing a reducing agent to be supplied into an exhaust pipe of an engine, a pressure-feeding means for pumping the reducing agent in the tank, and a reducing agent supply passage for supplying the reducing agent to be pumped.
  • an injection nozzle for injecting the reducing agent supplied from the reducing agent supply passage into the exhaust pipe; a sucking back means for sucking back the reducing agent in the reducing agent supply passage to the tank side; and the pressure feeding means.
  • a control device for controlling operations of the injection nozzle and the suction-back means comprising: a control device for controlling operations of the injection nozzle and the suction-back means, wherein the injection is repeated at a predetermined period while the suction-back means is operated
  • a method of controlling a reducing agent supply device including a step of causing a nozzle to perform an opening/closing operation.
  • One aspect of the present disclosure provides a tank for storing a reducing agent to be supplied into an exhaust pipe of an engine, a pressure-feeding means for pumping the reducing agent in the tank, and a reducing agent supply passage for supplying the reducing agent to be pumped. and an injection nozzle for injecting the reducing agent supplied from the reducing agent supply passage into the exhaust pipe, and a sucking back means for sucking back the reducing agent in the reducing agent supply passage to the tank side.
  • a control device for controlling operations of the pressure feeding means, the injection nozzle, and the suction-back means, the control device repeatedly opening and closing the injection nozzle at a predetermined period while operating the suction-back means. It is a control device that performs operations.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration example of an exhaust gas after-treatment device including a reducing agent supply device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a configuration diagram showing a configuration example of an exhaust gas after-treatment device including a reducing agent supply device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing an injection nozzle in the reducing agent supply device.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing an injection nozzle in the reducing agent supply device.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing an injection nozzle in the reducing agent supply device.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a flowchart illustrating an operation example of a reducing agent supply device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 5 is a timing chart showing an example of the operation of the reducing agent supply device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 and 2 are configuration diagrams showing a configuration example of an exhaust gas after-treatment device including a reducing agent supply device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3 to 5 are configuration diagrams showing injection nozzles in the reducing agent supply device.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the operation of the reducing agent supply device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a timing chart showing an example of the operation of the reducing agent supply device according to the embodiment of the present disclosure.
  • the same reference numerals are used for the same or corresponding components, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • [Schematic configuration of exhaust purification device] 1 and 2 schematically show a schematic configuration of a work vehicle 1 including an exhaust gas purification device 10 according to the present embodiment.
  • the work vehicle 1 is a work machine that performs work such as excavation, leveling, etc., and transportation of earth and sand at a construction site such as a mine or a road, and includes, for example, a hydraulic excavator, a wheel loader, a bulldozer, a motor, etc. This includes construction machinery such as graders and cranes, and transportation vehicles such as dump trucks and forklifts.
  • the exhaust purification device 10 of this embodiment purifies exhaust gas from a diesel engine, and therefore can be used not only for the work vehicle 1 but also for various vehicles and devices equipped with a diesel engine.
  • the work vehicle 1 includes a diesel engine 2 (hereinafter also referred to as engine), a turbocharger 3 that rotates a turbine using exhaust gas from the diesel engine 2 and compresses air supplied to the diesel engine 2, a control device 8, and a monitor. 9 and an exhaust purification device 10.
  • FIGS. 1 and 2 show a state in which a direction switching valve 42 (also referred to as a pump internal direction switching valve), which will be described later, is driven OFF (FIG. 1) and a state in which it is driven ON (FIG. 1). 2), and the direction in which the urea water 7 flows is indicated by an arrow u.
  • a direction switching valve 42 also referred to as a pump internal direction switching valve
  • the diesel engine 2 is provided with an engine rotation speed detection device 6 that detects the engine rotation speed, and a fuel injection device (not shown) that injects fuel into the diesel engine 2. Detection data from the engine rotational speed detection device 6 is output to the control device 8 .
  • the control device 8 also controls a fuel injection device (not shown) in response to accelerator operation and the like.
  • the monitor 9 includes a display section and an input section.
  • the display section is composed of a liquid crystal display or the like.
  • the display section displays various information such as cooling water temperature, remaining fuel level, and cautions.
  • the exhaust purification device 10 performs processing such as collecting and reducing residual substances such as particulate matter (hereinafter abbreviated as "PM") and NOx (nitrogen oxides) in exhaust gas, and performs control. It is controlled by device 8.
  • the exhaust purification device 10 includes, in order from the upstream side in the flow direction of exhaust gas discharged from the diesel engine 2, a fuel injection device 172, a DPF device 171, a reducing agent supply device 4, and a selective reduction catalyst (Selective Catalytic Reduction). (hereinafter referred to as "SCR”) device 175.
  • the DPF device 171 includes a diesel oxidation catalyst (DOC) device 30 and a DPF (Diesel Particulate Filter) 170.
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • This path 11 includes an inlet pipe 12 that introduces exhaust gas from the turbocharger 3 connected to the diesel engine 2 into the DPF device 171, an outlet pipe 13 that connects the DPF device 171 and the SCR device 175, and an outlet pipe 13 that connects the DPF device 171 and the SCR device 175. and an outlet pipe 14 connected to the outlet of. Further, the outlet pipe 13 has a mechanism for diffusing the urea water supplied from the reducing agent supply device 4. Path 11 corresponds to the exhaust pipe of engine 2 according to the present disclosure.
  • the DPF device 171 includes a DOC device 30 and a DPF 170, and the DPF 170 collects PM, and the DOC device 30 oxidizes the collected PM to carbon dioxide using nitrogen dioxide converted into carbon dioxide, and converts the PM into carbon dioxide. Remove.
  • the DOC device 30 includes a case, and a diesel oxidation catalyst is housed inside the case.
  • the DOC device 30 oxidizes and generates heat from fuel (hereinafter referred to as dosing fuel) that is supplied into the exhaust gas as needed.
  • This is a catalyst that raises the temperature to a high temperature range.
  • the dosing fuel is, for example, the same light oil as the engine fuel, and when the dosing fuel is supplied into the engine cylinder, the dosing fuel is supplied by post injection by a fuel injection device for injection into the engine cylinder.
  • fuel can be supplied into the exhaust gas by the dosing fuel injection device 172 provided in the inlet pipe 12, and the fuel can be caused to flow into the DOC device 30 together with the exhaust gas.
  • the reducing agent supply device 4 is a device that spouts urea water 7 as a reducing agent aqueous solution into the exhaust gas, and includes a pump unit 40 that pumps the urea water 7, a tank 50 in which the urea water 7 is stored, and a urea water solution. 7 into the path 11 (outlet pipe 13), and a reducing agent supply passage 70 through which the urea water 7 supplied from the tank 50 to the injection nozzle 60 by the pump unit 40 flows.
  • the reducing agent supply device 4 may or may not include the control device 8.
  • the pump unit 40 includes a pump 41 that pumps the urea water 7, a direction switching valve 42, a pressure gauge 43, a check valve 44, and an orifice 46. Furthermore, pump unit 40 includes three ports 451, 452, and 453. Port 451 is an inlet port of pump unit 40, and port 451 and direction switching valve 42 are connected through first passage 471. Port 452 is an outlet port of pump unit 40, and direction switching valve 42 and port 452 are connected through a second passage 472. The port 453 is a return port for returning the urea water 7 to the tank 50, and the port 453 is connected to a third passage 473 branched from the second passage 472.
  • a screen filter 461 for the pump inlet is provided at the port 451 to prevent foreign matter from entering the pump 41.
  • a filter 462 is provided in the middle of the second passage 472 to prevent foreign matter from flowing out.
  • the port 453 is provided with a screen filter 463, a check valve 44, and an orifice 46.
  • a pressure gauge 43 is arranged in the third passage 473. Since the third passage 473 communicates with the second passage 472, the pressure gauge 43 detects the system pressure P of the second passage 472 and the second reducing agent supply passage 72.
  • Tank 50 and port 451 are connected through a first reducing agent supply passage 71 .
  • a second reducing agent supply passage 72 connects the port 452 and the injection nozzle 60 . Therefore, the first reducing agent supply passage 71 and the second reducing agent supply passage 72 constitute the reducing agent supply passage 70 that supplies the urea water 7, which is the reducing agent, from the tank 50 to the injection nozzle 60.
  • the port 453 and the tank 50 are connected by a bypass passage 73.
  • the first reducing agent supply passage 71, the second reducing agent supply passage 72, and the bypass passage 73 are composed of hoses.
  • the end of the first reducing agent supply passage 71 on the side of the tank 50 is arranged near the bottom surface of the tank 50 to enable suction of the urea water 7. Further, a tank suction port strainer 75 is provided at the end of the first reducing agent supply passage 71 to prevent foreign matter from being sucked into the reducing agent supply passage 70 .
  • the end of the bypass passage 73 on the side of the tank 50 is arranged at a position higher than the liquid level of the urea water 7 in the tank 50. Furthermore, the tank 50 is provided with a breather and the like for maintaining the internal pressure at atmospheric pressure.
  • the pump 41 is typically an electric pump, and its drive is controlled by the control device 8.
  • An inlet side passage 411 and an outlet side passage 412 of this pump 41 are connected to a direction switching valve 42.
  • the direction switching valve 42 changes the flow direction of the urea water 7 pumped by the pump 41 into a forward flow direction (FIG. 1) from the tank 50 toward the injection nozzle 60 and a direction from the injection nozzle 60 to the tank according to a control signal from the control device 8. 50 (FIG. 2).
  • FIG. 1 when the control signal is not output from the control device 8 and the solenoid is not energized, the direction switching valve 42 connects the first passage 471 to the inlet side passage 411 and connects the second passage 471 to the inlet side passage 411.
  • the passage 472 is communicated with the outlet passage 412, and the direction in which the urea water 7 flows is set to be the forward flow direction.
  • the pump 41 when the pump 41 operates, the urea water 7 is sucked from the first reducing agent supply passage 71 through the first passage 471 into the inlet side passage 411, and from the outlet side passage 412 through the second passage 472.
  • the urea water 7 is discharged into the reducing agent supply passage 72 of No. 2. Therefore, the pump 41 and the direction switching valve 42 set in the forward flow direction constitute the pressure feeding means of the present disclosure.
  • the direction switching valve 42 communicates the first passage 471 with the outlet side passage 412 and connects the second passage 471 with the outlet side passage 412. is communicated with the inlet side passage 411, and the direction in which the urea water 7 flows is switched to the reverse flow direction.
  • the pump 41 when the pump 41 operates, the urea water 7 is sucked from the second reducing agent supply passage 72 to the inlet side passage 411 via the second passage 472, and from the outlet side passage 412 to the first passage 471 and the first The urea water 7 is returned to the tank 50 side via the reducing agent supply passage 71. Therefore, the pump 41 and the direction switching valve 42 set in the reverse flow direction constitute the sucking back means of the present disclosure.
  • the configuration for switching the direction in which the urea water 7 flows is not limited to one that uses the direction switching valve 42 as in this embodiment.
  • two pumps may be provided to share the duties of discharge and suction.
  • the discharge pump is operated, the suction pump is stopped, and the urea water 7 is discharged in the forward flow direction, the discharge pump is stopped, the suction pump is activated, and the urea water 7 is discharged in the reverse flow direction. Just suck it back up.
  • the injection nozzle 60 is controlled by the control device 8 to be driven on (energized) or driven off (de-energized), and injects the urea water 7 pumped by the pump 41 into the path 11 (outlet pipe 13). It is a water injection device (hereinafter, the injection nozzle 60 is also referred to as a urea injection device).
  • an electromagnet 65 and a spring 66 are used to advance and retreat a needle valve 62, which is disposed in a case 61 so as to be movable in the axial direction, with respect to a valve seat 64 that communicates with an injection hole 63. This is to control the valve open state and valve closed state. That is, as shown in FIG.
  • the injection nozzle 60 is in a closed state in which urea water cannot be injected from the injection hole 63. Then, the urea water 7 injected into the exhaust pipe 11 from the injection hole 63 when the injection nozzle 60 is opened is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas to become ammonia, and the SCR 31 reduces and purifies the nitrogen oxides. .
  • the SCR device 175 uses ammonia obtained by decomposing the urea water 7 injected into the exhaust gas from the reducing agent supply device 4 as a reducing agent to reduce and purify nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas. It is.
  • the SCR device 175 includes a temperature sensor 51 that measures the outlet temperature of the SCR device 175, a temperature sensor (not shown) that measures the inlet temperature of the SCR device 175, and an ammonia sensor that measures the ammonia concentration (not shown).
  • Various sensors are provided. However, some of these sensors can be omitted.
  • the measurement data of each of these sensors is output to the control device 8, and the control device 8 controls the reducing agent supply device 4 based on each measurement data to control the spouting of urea water and the like.
  • urea water 7 When the urea water 7 is injected from the injection nozzle 60, urea may crystallize and precipitate in the outlet pipe 13. Therefore, it is necessary to perform a regeneration process to decompose the precipitate (urea deposit) in the outlet pipe 13 by increasing the exhaust gas temperature to a high temperature.
  • the regeneration process includes, for example, automatic regeneration control that is automatically performed when the work vehicle is in operation, and stationary manual regeneration that is performed manually by the operator, and is selectively selected and controlled by the control device 8. .
  • urea water 7 freezes when the temperature drops below a certain level. Therefore, when frozen, the reducing agent supply device 4 (the hoses of the injection nozzle (urea water injection device) 60, pump 41, first reducing agent supply passage 71, second reducing agent supply passage 72, etc.) is damaged due to expansion. In order to avoid this, it is necessary to perform control to return the urea water 7 present between the tank 50 and the injection nozzle 60 to the tank 50 (hereinafter referred to as urea water return control) after the engine 2 has stopped.
  • urea water return control control to return the urea water 7 present between the tank 50 and the injection nozzle 60 to the tank 50
  • the urea water 7 may not be completely recovered and the urea water 7 may remain inside the injection nozzle 60 . Furthermore, as shown in FIG. 5, in the urea water return control, there is a period during which the exhaust gas e from the outlet pipe 13 flows from the injection hole 63 into the case 61 when the urea water 7 is sucked back, so the needle valve 62 and The urea water 7 changes to crystal C1 between the valve seat 64, and the urea water 7 changes to crystal C2 in the gap between the needle valve 62 and the case 61, etc. Crystals C1, C2, etc.
  • Clogging can be eliminated by the above-mentioned regeneration process, but since the regeneration process is accompanied by deterioration in fuel efficiency and generation of notifications on the monitor 9, it is desirable to prevent clogging without using the regeneration process. Therefore, in this embodiment, as will be described later, during the urea water return control, control is performed to prevent the generation of crystals C1 between the needle valve 62 and the valve seat 64, crystals C2 inside the case 61, etc. There is.
  • the exhaust gas purification device 10 is provided with various sensors for detecting the status of the diesel engine 2 and the exhaust gas purification device 10. That is, NOx (not shown) detects the concentration of nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas at the inlet pipe 12, the inlet or outlet of the DPF device 171, the outlet pipe 13, the inlet of the SCR device 175, etc. A sensor is placed.
  • the DPF device 171 is provided with an inlet temperature sensor 31 that measures the inlet temperature of the DOC device 30, an outlet temperature sensor 45 that measures the outlet temperature of the DOC device 30, and an outlet temperature sensor 174 that measures the outlet temperature of the DPF 170.
  • the SCR device 175 is provided with the SCR outlet temperature sensor 51 that measures the outlet temperature of the SCR device 175 as described above.
  • a NOx sensor 52 is arranged in the outlet pipe 14 connected to the SCR device 175 to detect the concentration of nitrogen oxides contained in the exhaust gas discharged from the SCR device 175. These sensors are connected to the control device 8 via a Controller Area Network (CAN) 18 and output measurement data to the control device 8.
  • CAN Controller Area Network
  • the control device 8 can be configured using a computer such as a microcomputer, and has a function consisting of a combination of hardware such as a computer, peripheral circuits, and peripheral devices, and software such as a program executed by the computer.
  • the main configuration includes a data acquisition section 81 and a reducing agent supply device control section 82.
  • the data acquisition unit 81 repeatedly acquires measurement data of each sensor such as the engine rotational speed detection device 6, the inlet temperature sensor 31, the outlet temperature sensor 45, the NOx sensor 52, and the pressure gauge 43 at a predetermined period.
  • the reducing agent supply device control unit 82 outputs control signals to the pump 41, the direction switching valve 42, and the injection nozzle 60 to control their operations. That is, while the engine 2 is operating, the reducing agent supply device control unit 82 performs feedback control on the pump 41 based on the pressure value detected by the pressure gauge 43, thereby controlling the second passage 472 and the second reducing agent supply passage.
  • the pressure within 72 is maintained at a predetermined value. Specifically, when the pressure value detected by the pressure gauge 43 becomes higher than a predetermined value while the pump 41 is pumping the urea water 7, the control device 8 controls the discharge of the pump 41. If the amount is reduced and the pressure value becomes lower than a predetermined value, the discharge amount of the pump 41 is increased to maintain the pressure in the second passage 472 and the second reducing agent supply passage 72 at the predetermined value.
  • the reducing agent supply device control unit 82 controls the driving of the injection nozzle 60 based on the rotation speed of the engine 2, the sensor value of the NOx sensor 52 provided on the downstream side of the exhaust gas of the SCR device 175, and the like. Furthermore, when the engine 2 is stopped, the control device 8 executes urea water return control, which is control for removing the urea water 7 from the injection nozzle 60.
  • FIG. 8 shows the operating states (ON or OFF driving states) of the pump 41, the direction switching valve 42, and the injection nozzle 60, and the reducing agent supply from the second reducing agent supply passage 72, etc., with the horizontal axis as the time axis.
  • An example of changes over time with the state of the passage 70 is shown.
  • the reducing agent supply device control unit 82 determines YES in step S101 and waits for a certain period of time (threshold value T time) (step (from repeating NO in S102 to YES in step S102).
  • the predetermined time standby in step S102 is a wait to lower the temperature of the DOC 30 to a certain extent after the engine is stopped, and the threshold T is determined using, for example, a table showing the correspondence between temperature and wait time.
  • the timing at which YES is determined in step S102 is the start timing for the urea water return control.
  • the reducing agent supply device control unit 82 first drives the pump 41 and the direction switching valve 42 (step S103, time t0 in FIG. 8). Note that at time t0, the injection nozzle 60 is in a drive OFF state.
  • the reducing agent supply device control unit 82 waits for a predetermined time T1 (from repeating NO in step S104 to YES in step S104).
  • a predetermined time T1 after switching the flow of the urea water 7 to the reverse flow direction, the pump 41 is driven for a certain period of time, so that the injection nozzle 60 is in the drive OFF state (valve closed state) and the second reducing agent supply passage 72 is This is the time it takes to create a state where the pressure is reduced.
  • the urea water 7 can be sucked back with a higher pressure difference than when the pressure is not reduced.
  • the reducing agent supply device control unit 82 drives ON (opens) the injection nozzle 60 for a period of time Ton (step S105, time period Ton from time t1 in FIG. 8).
  • the reducing agent supply device control unit 82 turns off (closes) the injection nozzle 60 for the Toff time (step S106).
  • the reducing agent supply device control unit 82 determines whether the number of times the injection nozzle 60 is repeatedly opened and closed is greater than the threshold value N1 (step S107).
  • the threshold value N1 is determined based on the operating time required for the pump 41 in the urea water return control. In this case, the operating time is (Ton+Toff) ⁇ (N1+1).
  • step S107 If the number of repeated openings and closings of the injection nozzle 60 is not greater than the threshold value N1 (step S107: NO), the reducing agent supply device control unit 82 drives ON (opens) the injection nozzle 60 again for a period of Ton (step S105). ), the drive is turned off (valve closed) for the Toff time (step S106), and it is further determined whether the number of times the injection nozzle 60 is repeatedly opened and closed is greater than the threshold value N1 (step S107).
  • step S107 If the number of times the injection nozzle 60 is repeatedly opened and closed is greater than the threshold value N1 (step S107: YES), the reducing agent supply device control unit 82 stops driving the pump 41 (step S108, time t2 in FIG. 8).
  • the reducing agent supply device control unit 82 drives ON (opens) the injection nozzle 60 for a period of time Ton (step S109, time period Ton from time t2 in FIG. 8).
  • the reducing agent supply device control unit 82 turns off (closes) the injection nozzle 60 for the Toff time (step S110).
  • the reducing agent supply device control unit 82 determines whether the number of times the injection nozzle 60 is repeatedly opened and closed is greater than a threshold value N2 (step S111).
  • the threshold value N2 is determined based on the operating time required for the direction switching valve 42 in the urea water return control. In this case, the operating time is (Ton+Toff) ⁇ (N2+1).
  • step S111 If the number of repeated openings and closings of the injection nozzle 60 is not greater than the threshold value N2 (step S111: NO), the reducing agent supply device control unit 82 drives ON (opens) the injection nozzle 60 again for a period of Ton (step S109). ), the drive is turned off (valve closed) for the Toff time (step S110), and it is further determined whether the number of times the injection nozzle 60 is repeatedly opened and closed is greater than a threshold value N2 (step S111).
  • step S111 If the number of times the injection nozzle 60 is repeatedly opened and closed is larger than the threshold value N2 (step S111: YES), the reducing agent supply device control unit 82 stops driving the direction switching valve 42 and turns off the injection nozzle 60 (closes the valve). (Step S112).
  • the urea water return control ends (step S113, time t3 in FIG. 8).
  • the reducing agent supply device control unit 82 controls, for example, the pump 41, the injection nozzle 60, etc., and adjusts the pressure of the second reducing agent supply passage 72, etc. (until time t4).
  • the pressure adjustment here is performed in order to prevent the urea water 7 from flowing into the injection nozzle 60, the second reducing agent supply passage 72, etc. in the forward flow direction.
  • the time ratio of opening and closing in the repeated opening and closing operations of the injection nozzle 60 is preferably set to a value of, for example, Ton/(Ton+Toff) of 90% to 95% or more.
  • the purpose of repeating the opening and closing operations is to prevent the urea water 7 from crystallizing due to vibrations caused by the opening and closing operations.
  • the injection nozzle 60 can basically suck urea water more efficiently if it is open. Therefore, it is preferable that the opening/closing operation of the needle valve 62 of the injection nozzle 60 is such that the opening operation time in each cycle of the opening/closing operation is at least longer than the closing operation time.
  • the injection nozzle (urea water injection device) 60 is movable while performing urea water return control to return the urea water 7 present in the injection nozzle 60 etc. of the reducing agent supply device 4 to the urea water tank 50. (opening and closing) to prevent crystallization at the tip and inside of the injection nozzle (urea water injection device) 60. That is, according to this embodiment, for example, as crystallization progresses, it is possible to physically crush the crystals and prevent clogging. At this time, the injection nozzle 60 can be controlled to repeatedly turn on (fully open) and off (fully close). Therefore, according to this embodiment, it is possible to prevent urea water from sticking inside the urea injection device with simple control.
  • the specific configuration is not limited to the above embodiments, and may include design changes without departing from the gist of the present disclosure.
  • the cycles of the opening and closing operations of the injection nozzle 60 in the urea water return control described above do not necessarily have to be the same (they may be changed).
  • the operating time of the pump 41 and the direction switching valve 42 is determined not by the number of repetitions but by time.
  • part or all of the program executed by the computer in the above embodiments can be distributed via a computer-readable recording medium or a communication line.
  • the reducing agent supply device 4 includes a tank 50 that stores a reducing agent (urea water 7) to be supplied into the exhaust pipe (route 11) of the engine 2, and a tank 50 that stores the reducing agent (urea water 7).
  • a pressure-feeding means (pump 41 and a direction switching valve 42 set in the forward flow direction) that pumps the reducing agent, a reducing agent supply passage 70 that supplies the pressure-fed reducing agent, and a reducing agent supply passage 70 that supplies the reducing agent.
  • the injection nozzle 60 is repeatedly opened and closed at a cycle of . According to this embodiment and each of the following embodiments, it is possible to prevent urea water from sticking in the urea injection device by simple control of repeatedly turning the injection nozzle 60 on (fully open) and off (fully closed).
  • a reducing agent supply device 4 according to a second aspect of the present disclosure is the reducing agent supply device 4 of (1), in which the opening/closing operation is performed by a valve (needle valve 62) provided in the injection nozzle 60. This is a fully open or fully closed operation. According to this aspect, the physical effect of driving the valve can be increased compared to the case where the opening/closing range is limited to fully open or fully closed.
  • the reducing agent supply device 4 according to the third aspect of the present disclosure is the reducing agent supply device 4 of (1) or (2), wherein the opening/closing operation is performed when the opening operation time in the period is closed. It is an action that takes longer than the duration of the action. According to this aspect, it is possible to reduce the influence on the sucking back operation caused by providing a time for the closing operation.
  • a reducing agent supply device 4 according to a fourth aspect of the present disclosure is the reducing agent supply device 4 of (1) to (3), in which the control device 8 terminates the operation of the sucking back means. After that, the injection nozzle 60 is closed. According to this aspect, the urea water 7 can be returned to the tank 50 side more efficiently than when the injection nozzle 60 is closed before the operation of the sucking back means is finished.
  • Second reducing agent supply passage Second reducing agent supply passage, 73... Bypass passage, 81... Data acquisition section, 82... Reducing agent supply device control section, 170... DPF, 171... DPF device, 172... Fuel injection device, 174... Outlet temperature Sensor, 175...Selective reduction catalyst device (SCR device).
  • SCR device Selective reduction catalyst device

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Abstract

還元剤供給装置は、エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズルに開閉動作を行わせる。

Description

還元剤供給装置、還元剤供給装置の制御方法および制御装置
　本開示は、還元剤供給装置、還元剤供給装置の制御方法および制御装置に関する。
　本願は、２０２２年９月５日に、日本に出願された特願２０２２－１４０７０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、尿素噴射装置内での尿素水の固着を防止するため、尿素水噴射装置とポンプ間の経路内に圧力の高いガスを充填し、圧縮ガスの放出によって尿素水噴射装置内に残留した尿素水を吹き飛ばして除去する還元剤供給装置が開示されている。特許文献１に記載されている還元剤供給装置では、圧縮ガスが放出し、かつ、尿素水が尿素水噴射装置に供給される前に、尿素水噴射装置の弁を閉じる必要がある。特許文献１に記載されている還元剤供給装置では、予め設定したタイミングで弁を開閉等したり、経路内圧力が予め設定した値となったときに弁を開閉等したりする制御が行われる。
国際公開第２０１６／０９２６６５号（特許第６５６４３９３号公報）
　特許文献１に記載されている還元剤供給装置では、圧力変動によって尿素噴射装置内の尿素水の固着を防止することができる。しかしながら、タイミングや圧力に基づく弁の開閉等を精密に制御することが求められる。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な制御で尿素噴射装置内の尿素水の固着を防止することができる還元剤供給装置、還元剤供給装置の制御方法および制御装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様は、エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズルに開閉動作を行わせる還元剤供給装置である。
　本開示の一態様は、エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置と、を備える還元剤供給装置の制御方法であって、前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズルに開閉動作を行わせるステップを含む還元剤供給装置の制御方法である。
　本開示の一態様は、エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、を備える還元剤供給装置において、前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置であって、前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズルに開閉動作を行わせる制御装置である。
　本開示の各態様によれば、簡易な制御で尿素噴射装置内の尿素水の固着を防止することができる。
本開示の実施形態に係る還元剤供給装置を含む排気ガス後処理装置の構成例を示す構成図。 本開示の実施形態に係る還元剤供給装置を含む排気ガス後処理装置の構成例を示す構成図。 還元剤供給装置における噴射ノズルを示す構成図。 還元剤供給装置における噴射ノズルを示す構成図。 還元剤供給装置における噴射ノズルを示す構成図。 本開示の実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図。 本開示の実施形態に係る還元剤供給装置の動作例を示すフローチャート。 本開示の実施形態に係る還元剤供給装置の動作例を示すタイミングチャート。
　以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。図１および図２は、本開示の実施形態に係る還元剤供給装置を含む排気ガス後処理装置の構成例を示す構成図である。図３～図５は、還元剤供給装置における噴射ノズルを示す構成図である。図６は、本開示の実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。図７は、本開示の実施形態に係る還元剤供給装置の動作例を示すフローチャートである。図８は、本開示の実施形態に係る還元剤供給装置の動作例を示すタイミングチャートである。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。
［排気浄化装置の概略構成］
　図１および図２は、本実施形態に係る排気浄化装置１０を備える作業車両１の概略構成を模式的に示す。ここで、作業車両１は、例えば、鉱山や道路等の建設現場において、掘削、地均し等の作業や土砂等の運搬を行う作業機械であり、例えば、油圧ショベル、ホイールローダ、ブルドーザ、モータグレーダ、クレーン等の建設機械や、ダンプトラック、フォークリフト等の運搬車両が該当する。なお、本実施形態の排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するものであるため、作業車両１に限らず、ディーゼルエンジンを備える様々な車両や機器に利用できる。作業車両１は、ディーゼルエンジン２（以下、エンジンともいう）と、ディーゼルエンジン２の排気ガスによってタービンを回転してディーゼルエンジン２に供給する空気を圧縮するターボチャージャ３と、制御装置８と、モニタ９と、排気浄化装置１０とを備える。なお、図１および図２は、後述する方向切替バルブ４２（ポンプ内方向切替バルブともいう）が駆動ＯＦＦ（オフ）している状態（図１）と駆動ＯＮ（オン）している状態（図２）を示し、尿素水７が流れる向きを矢印ｕで示している。
　ディーゼルエンジン２には、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出装置６と、ディーゼルエンジン２に燃料を噴射する図示してない燃料噴射装置とが設けられている。エンジン回転速度検出装置６の検出データは、制御装置８に出力される。また、制御装置８は、アクセル操作などに応じて図示していない燃料噴射装置を制御する。
［モニタ］
　モニタ９は、表示部と入力部を備える。表示部は、液晶ディスプレイなどで構成される。表示部は、冷却水温、燃料残量等の各種情報、コーションなどを表示する。
［排気浄化装置］
　排気浄化装置１０は、排気ガス中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ；以下「ＰＭ」と略す）やＮＯｘ（窒素酸化物）等の残留物質の捕集や還元などの処理を行うものであり、制御装置８によって制御されている。排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスの流れ方向における上流側から順に、燃料噴射装置１７２と、ＤＰＦ装置１７１と、還元剤供給装置４と、選択還元触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；以下「ＳＣＲ」と記す）装置１７５とを備える。ＤＰＦ装置１７１は、ディーゼル酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｃａｔａｌｙｓｔ；以下「ＤＯＣ」と略す）装置３０と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ；ディーゼルパティキュレートフィルタ）１７０とを備える。これらのＤＰＦ装置１７１、還元剤供給装置４、ＳＣＲ装置１７５は、ディーゼルエンジン２からの排気ガスが流通する経路１１の途中に設けられる。この経路１１は、ディーゼルエンジン２に接続されたターボチャージャ３からの排気ガスをＤＰＦ装置１７１に導入する入口管１２と、ＤＰＦ装置１７１とＳＣＲ装置１７５とを接続する出口管１３と、ＳＣＲ装置１７５の出口に接続された出口管１４とを備える。また、出口管１３の中には、還元剤供給装置４から供給された尿素水を拡散する機構を持つ。経路１１は、本開示に係るエンジン２の排気管に対応する。
［ＤＰＦ装置］
　ＤＰＦ装置１７１は、ＤＯＣ装置３０と、ＤＰＦ１７０とを備え、ＤＰＦ１７０でＰＭを捕集し、ＤＯＣ装置３０で変換された二酸化窒素によって下流で捕集されたＰＭを酸化して二酸化炭素とし、ＰＭを除去する。
［ＤＯＣ装置］
　ＤＯＣ装置３０は、ケースを備え、ケースの内部にはディーゼル酸化触媒が収容されている。ＤＯＣ装置３０は、排気ガス中に必要に応じて供給される燃料（以下、ドージング燃料という。また、ドージング燃料を供給することを燃料ドージングという）を酸化、発熱させて、排気ガス温度を所定の高温域まで上昇させる触媒である。この温度が上昇した排気ガスを利用することで、後述する出口管１３等に堆積した尿素デポジットを分解除去し、再生させる。ドージング燃料は、例えばエンジン燃料と同じ軽油であり、ドージング燃料をエンジンシリンダ内に供給する場合では、エンジンシリンダ内噴射用の燃料噴射装置によりポスト噴射によってドージング燃料を供給することになる。また、本実施形態では、入口管１２に設けたドージング用の燃料噴射装置１７２によって、排気ガス中に燃料を供給し、排気ガスと共にＤＯＣ装置３０内に流入させることができる。
［還元剤供給装置］
　還元剤供給装置４は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水７を噴出する装置であり、尿素水７を圧送するポンプユニット４０と、尿素水７が貯蔵されるタンク５０と、尿素水７を経路１１（出口管１３）内に噴射する噴射ノズル６０と、ポンプユニット４０によってタンク５０から噴射ノズル６０に供給される尿素水７が流れる還元剤供給通路７０とを備える。なお、還元剤供給装置４は、制御装置８を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。
［ポンプユニット］
　ポンプユニット４０は、尿素水７を圧送するポンプ４１と、方向切替バルブ４２と、圧力計４３と、逆止弁４４と、オリフィス４６とを備える。さらに、ポンプユニット４０は、３つのポート４５１、４５２、および４５３を備える。ポート４５１は、ポンプユニット４０の入口ポートであり、ポート４５１および方向切替バルブ４２間は第１通路４７１で接続されている。ポート４５２は、ポンプユニット４０の出口ポートであり、方向切替バルブ４２およびポート４５２間は第２通路４７２で接続されている。ポート４５３は、尿素水７をタンク５０に還流するためのリターンポートであり、ポート４５３は第２通路４７２から分岐された第３通路４７３に接続されている。ポート４５１には、ポンプ入口用のスクリーンフィルタ４６１が設けられ、ポンプ４１に異物が侵入することを防止している。第２通路４７２の途中には、フィルタ４６２が設けられ、異物が流出することを防止している。ポート４５３には、スクリーンフィルタ４６３と、逆止弁４４と、オリフィス４６とが設けられている。第３通路４７３には圧力計４３が配置されている。第３通路４７３は第２通路４７２に連通しているので、圧力計４３は、第２通路４７２、第２の還元剤供給通路７２の系内圧力Ｐを検出する。
［還元剤供給通路］
　タンク５０およびポート４５１間は、第１の還元剤供給通路７１で接続されている。ポート４５２および噴射ノズル６０間は、第２の還元剤供給通路７２で接続されている。したがって、第１の還元剤供給通路７１および第２の還元剤供給通路７２で、タンク５０から噴射ノズル６０に還元剤である尿素水７を供給する還元剤供給通路７０が構成される。また、ポート４５３およびタンク５０間はバイパス通路７３で接続されている。そして、第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２、バイパス通路７３は、具体的にはホースで構成されている。
　第１の還元剤供給通路７１のタンク５０側の端部は、尿素水７の吸引を可能とするため、タンク５０の底面近くに配置されている。また、第１の還元剤供給通路７１の端部には、タンク吸込口ストレーナ７５が設けられ、還元剤供給通路７０内に異物が吸引されることを防止している。バイパス通路７３のタンク５０側の端部は、タンク５０内の尿素水７の液面よりも高い位置に配置されている。さらに、タンク５０には、内部の圧力を大気圧に維持するためのブリーザー等が設けられている。
［ポンプ］
　ポンプ４１は、代表的には電動式ポンプが用いられ、制御装置８によって駆動が制御される。このポンプ４１の入口側通路４１１および出口側通路４１２は、方向切替バルブ４２に接続されている。
［方向切替バルブ］
　方向切替バルブ４２は、制御装置８からの制御信号によって、ポンプ４１によって圧送される尿素水７が流れる方向を、タンク５０から噴射ノズル６０に向かう順流方向（図１）と、噴射ノズル６０からタンク５０に向かう逆流方向（図２）とに切り換える電磁方向制御弁である。方向切替バルブ４２は、図１に示すように、制御装置８から制御信号が出力されておらず、ソレノイドに通電されていない場合は、第１通路４７１を入口側通路４１１に連通し、第２通路４７２を出口側通路４１２に連通して、尿素水７が流れる方向を順流方向に設定する。この場合、ポンプ４１が作動すると、第１の還元剤供給通路７１から第１通路４７１を介して入口側通路４１１に尿素水７が吸い込まれ、出口側通路４１２から第２通路４７２を介して第２の還元剤供給通路７２に尿素水７が吐出される。したがって、ポンプ４１および順流方向に設定された方向切替バルブ４２によって、本開示の圧送手段が構成される。
　一方、方向切替バルブ４２は、図２に示すように、制御装置８から制御信号が出力されてソレノイドに通電されていると、第１通路４７１を出口側通路４１２に連通し、第２通路４７２を入口側通路４１１に連通して、尿素水７が流れる方向を逆流方向に切り換える。この場合、ポンプ４１が作動すると、第２の還元剤供給通路７２から第２通路４７２を介して入口側通路４１１に尿素水７が吸い込まれ、出口側通路４１２から第１通路４７１および第１の還元剤供給通路７１を介してタンク５０側に尿素水７が戻される。したがって、ポンプ４１および逆流方向に設定された方向切替バルブ４２によって、本開示の吸い戻し手段が構成される。
　なお、尿素水７が流れる方向を切り換える構成としては、本実施形態のような方向切替バルブ４２を用いるものに限定されない。例えば、２つのポンプを設け、吐出と吸い戻しとを分担させてもよい。この場合、吐出用ポンプを作動し、吸い戻し用ポンプを停止して尿素水７を順流方向に吐出し、吐出用ポンプを停止し、吸い戻し用ポンプを作動して尿素水７を逆流方向に吸い戻せばよい。
［噴射ノズル］
　噴射ノズル６０は、制御装置８によって駆動オン（通電）または駆動オフ（非通電）となるように制御され、ポンプ４１によって圧送された尿素水７を経路１１（出口管１３）内に噴射する尿素水噴射装置（以下では、噴射ノズル６０を尿素噴射装置ともいう）である。図３および図４に示すように、ケース６１内に軸方向に移動可能に配置された針弁６２を、噴射孔６３に連通する弁座６４に対して、電磁石６５およびバネ６６を用いて進退させて開弁状態および閉弁状態を制御するものである。すなわち、図４に示すように、制御装置８から制御信号が出力されて電磁石６５に通電されると、電磁石６５で発生する磁力によって針弁６２が弁座６４から離れ、針弁６２内部の尿素水７が針弁６２と弁座６４間に流入し、噴射ノズル６０は噴射孔６３から尿素水７を噴射可能な開弁状態となる。一方、図３に示すように、制御装置８から制御信号が出力されずに電磁石６５に通電されていない場合は、バネ６６および尿素水７の圧力によって針弁６２が弁座６４に当接し、噴射ノズル６０は噴射孔６３から尿素水を噴射できない閉弁状態となる。そして、噴射ノズル６０が開弁状態となって噴射孔６３から排気管１１内に噴射された尿素水７は、排気ガスの熱によって加水分解されてアンモニアとなり、ＳＣＲ３１で窒素酸化物を還元浄化する。
［ＳＣＲ装置］
　ＳＣＲ装置１７５は、還元剤供給装置４から排気ガス中に噴射される尿素水７の分解で得られるアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するものである。なお、ＳＣＲ装置１７５には、ＳＣＲ装置１７５の出口温度を測定する温度センサ５１と、ＳＣＲ装置１７５の入口温度を測定する図示していない温度センサ、アンモニア濃度を測定するアンモニアセンサ等の図示略の各種センサが設けられる。ただし、これらのセンサの一部は省略することができる。これらの各センサの測定データは、制御装置８に出力され、制御装置８は、各測定データに基づいて還元剤供給装置４を制御して尿素水の噴出制御などを行う。噴射ノズル６０から尿素水７を噴射すると、尿素が出口管１３中で結晶化して析出する場合がある。このため、排ガス温度を高温にすることで、出口管１３内の析出物（尿素デポジット）を分解する再生処理を行う必要がある。再生処理には、例えば、作業車両が作動している時に自動的に行う自動再生制御と、オペレータの手動操作で実行される定置手動再生とがあり、制御装置８によって切り換え選択されて制御される。
［尿素水の固着例］
　尿素水７は一定温度以下になると、凍結する。そのため、凍結した際、膨張による還元剤供給装置４（噴射ノズル（尿素水噴射装置）６０、ポンプ４１、第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２等のホース）の破損を避けるため、エンジン２が停止した後に、タンク５０と噴射ノズル６０間に存在する尿素水７をタンク５０に戻す制御（以下、尿素水戻し制御という）を実施する必要がある。尿素水戻し制御では、特に噴射ノズル６０内の流路が複雑な形状をしているため、尿素水７を完全に回収できずに尿素水７が噴射ノズル６０内に残留する場合がある。また、図５に示すように、尿素水戻し制御では、尿素水７の吸い戻し時に噴射孔６３からケース６１内に出口管１３からの排気ガスｅが流れ込む期間が発生するため、針弁６２と弁座６４間で尿素水７が結晶Ｃ１に変化したり、針弁６２とケース６１間の隙間等で尿素水７が結晶Ｃ２に変化したりする。結晶Ｃ１、Ｃ２等は尿素水７の流路に目詰まりを生じさせることがあり、目詰まりが発生すると目詰まりが解消さるまで噴射ノズル６０は尿素水７を噴射させることができなくなる場合がある。目詰まりは、上述した再生処理によって解消させることができるが、再生処理は燃費悪化やモニタ９での通知の発生が伴うため、再生処理によらずに目詰まりを防止することが望まれる。そこで、本実施形態では、後述するようにして、尿素水戻し制御時に、針弁６２と弁座６４間の結晶Ｃ１やケース６１内の結晶Ｃ２等の発生を防止するための制御を実施している。
［センサ］
　排気浄化装置１０には、ディーゼルエンジン２や排気浄化装置１０の状況を検出するための各種センサが設けられている。すなわち、入口管１２またはＤＰＦ装置１７１の入口部もしくは出口部、出口管１３、ＳＣＲ装置１７５の入口部等において、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出する図示していないＮＯｘセンサが配置されている。ＤＰＦ装置１７１には、ＤＯＣ装置３０の入口温度を測定する入口温度センサ３１と、ＤＯＣ装置３０の出口温度を測定する出口温度センサ４５と、ＤＰＦ１７０の出口温度を測定する出口温度センサ１７４とが設けられている。ＳＣＲ装置１７５には、上述したようにＳＣＲ装置１７５の出口温度を測定するＳＣＲ出口温度センサ５１が設けられている。ＳＣＲ装置１７５に接続された出口管１４には、ＳＣＲ装置１７５から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出するＮＯｘセンサ５２が配置されている。これらのセンサは、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＡＮ）１８を介して制御装置８に接続され、測定データを制御装置８に出力している。
［制御装置］
　次に、制御装置８の構成について説明する。制御装置８は、例えばマイクロコンピュータ等のコンピュータを用いて構成することができ、コンピュータ、周辺回路、周辺装置等のハードウェアと、コンピュータが実行するプログラム等のソフトウェアとの組み合わせ等から構成される機能的構成として、図６に示すように、データ取得部８１と、還元剤供給装置制御部８２とを備える。
［データ取得部］
　データ取得部８１は、エンジン回転速度検出装置６、入口温度センサ３１、出口温度センサ４５、ＮＯｘセンサ５２、圧力計４３等の各センサの測定データを所定の周期で繰り返し取得する。
［還元剤供給装置制御部］
　還元剤供給装置制御部８２は、ポンプ４１、方向切替バルブ４２、噴射ノズル６０に制御信号を出力してこれらの動作を制御する。すなわち、還元剤供給装置制御部８２は、エンジン２の運転中、圧力計４３で検出される圧力値に基づいてポンプ４１をフィードバック制御することで、第２通路４７２や第２の還元剤供給通路７２内の圧力を所定値に維持する。具体的には、制御装置８は、ポンプ４１で尿素水７を圧送している際に圧力計４３で検出される圧力値が予め設定した所定値よりも高くなった場合は、ポンプ４１の吐出量を減らし、圧力値が所定値よりも低くなった場合は、ポンプ４１の吐出量を増やすことで、第２通路４７２や第２の還元剤供給通路７２の圧力を所定値に維持する。
　また、還元剤供給装置制御部８２は、エンジン２の回転数やＳＣＲ装置１７５の排気下流側に設けられたＮＯｘセンサ５２のセンサ値等に基づいて、噴射ノズル６０の駆動を制御する。さらに、制御装置８は、エンジン２の停止時に、尿素水７を噴射ノズル６０から除去する制御である尿素水戻し制御を実行する。
［尿素水戻し制御］
　図７および図８を参照して、尿素水戻し制御について説明する。なお、図８は、横軸を時間軸として、ポンプ４１、方向切替バルブ４２および噴射ノズル６０の動作状態（ＯＮまたはＯＦＦの駆動状態）と、第２の還元剤供給通路７２等の還元剤供給通路７０の状態との時間変化の例を示す。オペレータがエンジン２のスタータキーをＯＦＦ（オフ）にすると、図７に示すように、還元剤供給装置制御部８２は、ステップＳ１０１でＹＥＳと判定し、一定時間（閾値Ｔ時間）待機する（ステップＳ１０２でＮＯの繰り返しからステップＳ１０２でＹＥＳ）。ステップＳ１０２での一定時間の待機は、エンジン停止後にＤＯＣ３０の温度を一定程度低下させるための待機であり、例えば、温度と待ち時間との対応関係を示すテーブルを用いて閾値Ｔが決定される。
　ステップＳ１０２でＹＥＳとなったタイミングが尿素水戻し制御の開始タイミングである。還元剤供給装置制御部８２は、まず、ポンプ４１を駆動するとともに、方向切替バルブ４２を駆動する（ステップＳ１０３、図８の時刻ｔ０）。なお、時刻ｔ０では、噴射ノズル６０は駆動ＯＦＦの状態である。
　次に、還元剤供給装置制御部８２は、所定時間Ｔ１だけ待機する（ステップＳ１０４でＮＯの繰り返しからステップＳ１０４でＹＥＳ）。所定時間Ｔ１は、尿素水７の流れを逆流方向に切り替えた後、一定時間ポンプ４１を駆動することで、噴射ノズル６０が駆動ＯＦＦの状態（閉弁状態）で第２の還元剤供給通路７２の圧力を減圧した状態をつくるための時間である。減圧後に噴射ノズル６０を開弁することで、減圧しない場合と比較してより高い圧力差で尿素水７を吸い戻すことができる。
　次に、還元剤供給装置制御部８２は、噴射ノズル６０をＴｏｎ時間だけ駆動ＯＮ（開弁）する（ステップＳ１０５、図８の時刻ｔ１からＴｏｎ時間）。次に、還元剤供給装置制御部８２は、噴射ノズル６０をＴｏｆｆ時間だけ駆動ＯＦＦ（閉弁）する（ステップＳ１０６）。次に、還元剤供給装置制御部８２は、噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。閾値Ｎ１は、尿素水戻し制御においてポンプ４１に必要な動作時間に基づいて決定される。この場合、（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）×（Ｎ１＋１）が動作時間となる。噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ１より大きくない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、還元剤供給装置制御部８２は、再度、噴射ノズル６０をＴｏｎ時間だけ駆動ＯＮ（開弁）するとともに（ステップＳ１０５）、Ｔｏｆｆ時間だけ駆動ＯＦＦ（閉弁）し（ステップＳ１０６）、さらに、噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
　噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ１より大きい場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、還元剤供給装置制御部８２は、ポンプ４１の駆動を停止する（ステップＳ１０８、図８の時刻ｔ２）。
　次に、還元剤供給装置制御部８２は、噴射ノズル６０をＴｏｎ時間だけ駆動ＯＮ（開弁）する（ステップＳ１０９、図８の時刻ｔ２からＴｏｎ時間）。次に、還元剤供給装置制御部８２は、噴射ノズル６０をＴｏｆｆ時間だけ駆動ＯＦＦ（閉弁）する（ステップＳ１１０）。次に、還元剤供給装置制御部８２は、噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１１）。閾値Ｎ２は、尿素水戻し制御において方向切替バルブ４２に必要な動作時間に基づいて決定される。この場合、（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）×（Ｎ２＋１）が動作時間となる。噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ２より大きくない場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、還元剤供給装置制御部８２は、再度、噴射ノズル６０をＴｏｎ時間だけ駆動ＯＮ（開弁）するとともに（ステップＳ１０９）、Ｔｏｆｆ時間だけ駆動ＯＦＦ（閉弁）し（ステップＳ１１０）、さらに、噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１１）。
　噴射ノズル６０の開閉繰り返し回数が閾値Ｎ２より大きい場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、還元剤供給装置制御部８２は、方向切替バルブ４２の駆動を停止するとともに、噴射ノズル６０を駆動ＯＦＦ（閉弁）する（ステップＳ１１２）。ここで、尿素水戻し制御が終了する（ステップＳ１１３、図８の時刻ｔ３）。時刻ｔ３の後は、還元剤供給装置制御部８２は、例えば、ポンプ４１、噴射ノズル６０等を制御して、第２の還元剤供給通路７２の圧力等を調整する（時刻ｔ４まで）。ここでの圧力調整は、噴射ノズル６０、第２の還元剤供給通路７２等への順流方向での尿素水７の流れ込みを防止するために実施される。
　なお、噴射ノズル６０の開閉動作の繰り返しにおける開と閉の時間割合は、例えば、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）が９０％～９５％以上の値に設定することが望ましい。開閉動作の繰り返しは、開閉動作に伴う振動によって尿素水７が結晶化することを防止するためのものである。一方、尿素水の吸い込み動作においては、噴射ノズル６０は基本的には開いている方が効率的に尿素水を吸い込むことができる。よって、噴射ノズル６０の針弁６２の開閉動作は、開閉動作の各周期における開動作の時間が閉動作の時間より少なくとも長い動作とすることが好ましい。
［実施形態の効果］
　本実施形態によれば、還元剤供給装置４の噴射ノズル６０等に存在する尿素水７を尿素水のタンク５０に戻す尿素水戻し制御を行いながら、噴射ノズル（尿素水噴射装置）６０を可動(開閉)し、噴射ノズル（尿素水噴射装置）６０先端および内部の結晶化を防止することができる。すなわち、本実施形態によれば、例えば、結晶化が進む中で、物理的に結晶を粉砕し、目詰まりを防止することができる。その際、噴射ノズル６０の制御は、オン（全開）およびオフ（全閉）の繰り返し動作とすることがきる。したがって、本実施形態によれば、簡易な制御で尿素噴射装置内の尿素水の固着を防止することができる。
　以上、本開示の実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上述した尿素水戻し制御における噴射ノズル６０の開閉動作の周期は、必ずしも同一でなくてもよい（変化させてもよい）。ただし、この場合、ポンプ４１や方向切替バルブ４２の動作時間は、繰り返しの回数で判定するのではなく、時間で判定するようにする。また、上記実施形態でコンピュータが実行するプログラムの一部または全部は、コンピュータ読取可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。
［付記］
　実施形態に記載の還元剤供給装置４は、次のように把握することができる。
（１）本開示の第１の態様に係る還元剤供給装置４は、エンジン２の排気管内（経路１１）に供給される還元剤（尿素水７）を貯蔵するタンク５０と、前記タンク５０内の前記還元剤を圧送する圧送手段（ポンプ４１および順流方向に設定された方向切替バルブ４２）と、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路７０と、前記還元剤供給通路７０により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズル６０と、前記還元剤供給通路７０内の前記還元剤を前記タンク５０側に吸い戻す吸い戻し手段（ポンプ４１および逆流方向に設定された方向切替バルブ４２）と、前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置８と、を備え、前記制御装置８は、前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズル６０に開閉動作を行わせる。本態様および以下の各態様によれば、噴射ノズル６０を繰り返しオン（全開）およびオフ（全閉）する簡易な制御で尿素噴射装置内の尿素水の固着を防止することができる。
（２）本開示の第２の態様に係る還元剤供給装置４は、（１）の還元剤供給装置４であって、前記開閉動作は、前記噴射ノズル６０が備える弁（針弁６２）を全開または全閉させる動作である。この態様によれば、開閉の範囲を全開または全閉より制限する場合と比較して、弁の駆動による物理的な作用を大きくすることができる。
（３）本開示の第３の態様に係る還元剤供給装置４は、（１）または（２）の還元剤供給装置４であって、前記開閉動作は、前記周期における開動作の時間が閉動作の時間より長い動作である。この態様によれば、閉動作の時間を設けたことによる吸い戻し動作に対する影響を小さくすることができる。
（４）本開示の第４の態様に係る還元剤供給装置４は、（１）～（３）の還元剤供給装置４であって、前記制御装置８は、前記吸い戻し手段の動作を終了させた後、前記噴射ノズル６０を閉弁する。この態様によれば、吸い戻し手段の動作を終了させる前に噴射ノズル６０を閉弁する場合と比較して、尿素水７をより効率的にタンク５０側に戻すことができる。
　上述した一態様によれば、簡易な制御で尿素噴射装置内の尿素水の固着を防止することができる。
　１…作業車両、２…ディーゼルエンジン（エンジン）、３…ターボチャージャ、４…還元剤供給装置、６…エンジン回転速度検出装置、７…尿素水、８…制御装置、９…モニタ、１０…排気浄化装置、１１…経路（排気管）、３０…ディーゼル酸化触媒装置（ＤＯＣ装置）、３１…入口温度センサ、４０…ポンプユニット、４１…ポンプ、４２…方向切替バルブ、４３…圧力計、４４…逆止弁、４５…出口温度センサ、５０…タンク、５２…ＮＯｘセンサ、６０…噴射ノズル、６２…針弁、６３…噴射孔、７０…還元剤供給通路、７１…第１の還元剤供給通路、７２…第２の還元剤供給通路、７３…バイパス通路、８１…データ取得部、８２…還元剤供給装置制御部、１７０…ＤＰＦ、１７１…ＤＰＦ装置、１７２…燃料噴射装置、１７４…出口温度センサ、１７５…選択還元触媒装置（ＳＣＲ装置）。

Claims (6)

  1. 　エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
    　前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
    　圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
    　前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
    　前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、
    　前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズルに開閉動作を行わせる
    　還元剤供給装置。
  2. 　前記開閉動作は、前記噴射ノズルが備える弁を全開または全閉させる動作である
    　請求項１に記載の還元剤供給装置。
  3. 　前記開閉動作は、前記周期における開動作の時間が閉動作の時間より長い動作である
    　請求項２に記載の還元剤供給装置。
  4. 　前記制御装置は、前記吸い戻し手段の動作を終了させた後、前記噴射ノズルを閉弁する
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の還元剤供給装置。
  5. 　エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
    　前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
    　圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
    　前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
    　前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、
    　前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置と、を備える還元剤供給装置の制御方法であって、
    　前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズルに開閉動作を行わせるステップを
    　含む還元剤供給装置の制御方法。
  6. 　エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
    　前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
    　圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
    　前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
    　前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、
    　を備える還元剤供給装置において、
    　前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置であって、
    　前記吸い戻し手段を動作させている間に、所定の周期で繰り返し前記噴射ノズルに開閉動作を行わせる
    　制御装置。
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